Каковы характеристики хорошо звучащей комнаты? 
James Lindenschmidt 
02/28/12, 09:23 | Автоматизация и управления | Акустические Лечение 
Viking Электроника  

1 Введение

Почти каждый день люди связываются со мной, чтобы помочь сделать звучание в их комнатах лучше, но многие из них, на самом деле, не уверены, нуждается ли их комната в этой помощи или нет. Многие из них говорят, что они готовы сделать акустическую обработку, но не решаются, поскольку не уверены, что она действительно нужна. Помимо этого, даже те, кто уверены в необходимости акустической обработки, часто интересуются, что именно нужно «исправить» в их комнате и, как при этом сэкономить деньги, что вполне понятно! Вдобавок к этой проблеме имеет место непонимание того, что эффект от акустической обработки музыкальной комнаты или домашнего кинотеатра трудно описать понятным для энтузиастов слэнгом, типа: «тепло», «пробивной», «резкий» и т.д., еще менее значимым, когда дело доходит до звука в помещении.  

В этой статье сделана попытка прояснить некоторые из запутанные аспектов акустики помещения и акустической обработки, что позволит заложить основу для развития интеллектуальной стратегии с целью максимального раскрытия звукового потенциала вашей комнаты прослушивания.  

2 Две наиболее важные истины, применимые к акустике комнаты 

У многих людей создаётся впечатление, что акустическое состояние комнаты можно представить в виде условного переключателя: если он находится в позиции «выключено», то необходимо делать акустическую обработку, а если в позиции «включено», то мы сразу имеем идеально звучащую комнату. В свою очередь, это порождает описанное выше наивное представление о том, что можно просто «повернуть переключатель в позицию «включено»» и добиться идеального звучания в комнате, но при этом потратить минимальное количество денег. К сожалению, это не совсем так… 

На практике в вопросе акустической обработки комнаты мы пришли к двум основным истинам. Во-первых, независимо от того, насколько качественно произведена акустическая обработка, абсолютно некорректно говорить о такой вещи, как «идеально звучащая комната». Во-вторых, независимо от того, насколько удачным в акустическом плане может показаться неподготовленное помещение, в любой комнате условия акустической среды могут быть значительно улучшены путём грамотного осознанного использования мероприятий по акустической обработке.  

Практически во всех случаях, это сводится к тому, что вы сможете получить на те деньги, которые готовы потратить на это и сколько акустических девайсов вы сможете разместить в своей комнате без ущерба для его бытовой функциональности. Последнее касается, в основном, тех случаев, когда комната для прослушивания совмещена, например, с гостиной или, скажем, может быть эстетически неприемлемым решение о размещении в ней десятка или более акустических девайсов. Если же вам повезло и вы имеете отдельное помещение для прослушивания музыки или домашнего кинотеатра, то эта проблема гораздо менее актуальна.  

Если вы используете качественные акустические устройства, то даже двух басовых ловушек во фронтальных углах комнаты позади колонок уже вполне достаточно для того, чтобы услышать некоторые улучшения звучания в комнате. Гораздо более заметный результат можно ожидать от использования большего количества бас-ловушек, имея возможность экспериментировать с их количеством и вариантами размещения, обеспечивая при этом сбалансированный подход между поглощением и рассеиванием.  

Одно акустическое устройство, в принципе, не может обладать слишком высоким бас поглощением, в тоже время, оно легко может обладать значительным ВЧ поглощением (что имеет место довольно часто). Этот факт непременно следует принимать во внимание при разработке стратегии акустической обработки.  

3 Хорошая комната должна иметь хорошие характеристики баса 

Мы начнём именно с басовых характеристик по нескольким причинам. Во-первых, это та область частотного диапазона, в которой большинство комнат больше всего нуждаются в акустической коррекции. Управление низкими частотами позволяет добиться наиболее заметных улучшений в звучании при прослушивании в условиях комнаты. Во многих комнатах имеет место недостаток чёткости в звучании НЧ диапазона. Некоторые басовые ноты, кажется, полностью исчезают, в то время как другие акцентируются, заставляя резонировать всю комнату. Мощные НЧ резонансы в некоторых комнатах обуславливают наличие серьёзных бас проблем, типа «бубнение на одной ноте», когда, независимо от стиля музыкальной композиции или от того, какая нота воспроизводится, бас звучит одинаково монотонно. Эти субъективно воспринимаемые дефекты в качестве звучания можно представить в объективном, количественном виде – большинство комнат имеет крайне неравномерную «зазубренную» АЧХ практически во всем НЧ диапазоне, демонстрируя разброс амплитуд между самыми высокими пиками и самыми глубокими провалами до 40 дБ. и даже ещё больше. Такая неравномерность АЧХ вызвана сложным взаимодействием отражённых звуковых волн, распространяющихся в пространстве комнате по законам интерференции. В некоторых областях комнаты и на определённых частотах эти звуковые волны усиливают друг друга, вызывая формирование пиков на графике АЧХ, в других же областях комнаты волны, наоборот, компенсируют друг друга, вызывая формирование провалов на графике АЧХ. Обычно самые высокоамплитудные пики и провалы связаны с резонансными режимами комнаты (в свою очередь, значения резонансных частот непосредственно связаны с линейными размерами комнаты), но, как правило, наличие пиков и провалов регистрируется практически по всему спектру частот. Кроме того, каждая точка в пространстве комнаты имеет свою собственную уникальную частотную характеристику. Именно в этом состоит причина, по которой я с подозрением отношусь электронным средствам Room-коррекции, эквализации и DSP, поскольку даже если стратегия работает для одной единственной области комнаты (что тоже достаточно спорно), то указанные средства, вероятно, ухудшают положение дел по всей комнате. Кроме того, эквалайзер или DSP не уменьшают время распада резонансного режима, в результате чего басовая нота на частоте резонанса продолжает быть явно слышна даже тогда, когда, на самом деле, динамик уже давно перестал её воспроизводить.  

К счастью, существует несколько стратегий, которые можно использовать для улучшения качества воспроизведения низких частот в комнате. Рассмотрим теперь каждую в отдельности. 

3.1 Первая стратегия: расстановка и планировка 

Первое, на что нужно обратить внимание это то, что можно сделать в комнате. Опять же, у нас будет больше гибкости, если мы имеем дело с выделенной комнатой для прослушивания. Если же комната также должна служить и в качестве гостиной, то наши варианты будут более ограниченными. То, чего нужно постараться избежать с самого начала – это убедиться в том, что ни позиция АС, ни позиция точки прослушивания не совпадают с областью глубокого провала. В противном случае АС будут работать тяжелее, пытаясь воспроизвести частоты, которые не могут быть легко услышаны. В результате, чтобы хоть как-то компенсировать потерю мощности и качества баса, люди, как правило,  увеличивают громкость, что в свою очередь,  заставляет усилитель и АС работать в предельных режимах, увеличивая искажение системы и ещё более усиливая непропорциональность тонального баланса. 

 Лучшее решение - сразу разместить АС и точку прослушивания так, чтобы изначально минимизировать потенциальные акустические НЧ проблемы.  

3.1.1 «Правило 38%» 

Открытие «правила 38%» является заслугой студийного дизайнера Wes Lachot. В действительности, это не столько правило, сколько – ориентир или же просто «отправная точка» для экспериментов (или измерений, для специалистов). Идея «правила 38%» состоит в том, что в простой прямоугольной комнате в позиции точки прослушивания на отметках 38% от общей длины комнаты, отсчитывая от фронтальной или тыловой стен, как правило, наблюдается наиболее плоская АЧХ, с наименьшей вероятностью наличия пиков и провалов. Мы можем воспользоваться этой методикой на начальном этапе настройки комнаты, разместив точку прослушивания на отметке 38% от общей длины комнаты, отсчитывая от фронтальной или тыловой стен. В большинстве комнат для прослушивания кресло слушателя будет располагаться на расстоянии 38% от тыловой стены, в отличие от многих домашних студий звукозаписи, где стул звукорежиссёра размещается на расстоянии 38% от фронтальной стены, оставляя место позади него для записываемых музыкантов.  

Следующим шагом после того, как позиция слушателя локализована, является размещение АС в соответствии с «правилом равностороннего треугольника» и с учётом позиции слушателя.  

В большинстве случаев твитеры АС должны быть расположены на уровне ушей слушателя.  

Самый главный вопрос на этом этапе - насколько большим должен быть «треугольник»? Или же - как далеко друг от друга должны быть расположены АС?  Ответ - как правило, этот равносторонний треугольник должен быть, как можно большим, но, в то же время, АС должны быть расположены, как можно дальше от боковых и фронтальной стен. Но, как это возможно? Это всегда компромисс между этими двумя факторами. Дело в том, что одной из приоритетных задач на данном этапе является достижение наилучших характеристик звуковой сцены (стереоэффект – об этом несколько ниже), но при этом мы также должны учитывать характеристики баса.  

3.1.2 SBIR 

Если АС находится на относительно небольшом расстоянии от стены возникает еще один акустический феномен, который называется «граничным эффектом» или АС-ограждение-вмешательство отклика (SBIR-эффект). Бас излучается вуфером всенаправленно, то есть, одинаково во всех направлениях. Представьте себе падение камешка в пруд, когда волна распространяется по поверхности воды кнаружи от места падения камня в виде кругов (хотя в комнате, на самом деле, звуковые волны распространяются  в виде сфер, а не кругов). Если АС расположена относительно близко к стене, часть излучаемой ею энергии отражается от этой стены обратно в сторону АС и отраженная НЧ волна взаимодействует со следующей НЧ волной, только что покинувшей динамик, в результате чего возникает частотная аномалия, аналогичная описанной выше. Изменение расстояния между АС и стеной влияет на поведение SBIR-эффекта (от того, когда он накладывает звуковой отпечаток на все звучание, до того, когда он не слышен вовсе), что подтверждают следующие эксперименты.  

3.1.3 Эксперименты перед акустической обработкой 

Следует отметить, что крайне полезно провести все вышеописанные эксперименты до начала мероприятий по акустической обработки комнаты по одной простой причине. Дело в том, что после обработки акустические проблемы в комнате становятся менее заметными и их труднее услышать, а акустическая средав комнате становится более равномерной при перемещении из одной точки пространства комнаты в другую. В необработанной же комнате акустические проблемы гораздо легче идентифицировать. Идея состоит в том, чтобы добиться наиболее ровного звучания прежде, чем мы произведём акустическую обработку, которая предоставляет нам гораздо более выгодные акустические условия для достижения, действительно, превосходного звучания в комнате. 

3.2 Басовые ловушки в углах 

В общем случае, чем больше бас-ловушек вы устанавливаете и, чем в большем количестве углов вашей комнаты (в том числе в углах стена/потолок), тем более плоскую АЧХ вы получите. Следует помнить, что «зазубренность» АЧХ в большинстве комнат вызвана интерференцией отраженных басовых волн друг с другом. Бас-ловушки поглощают большую часть избыточной акустической энергии, тем самым, уменьшая количество акустических помех, возникающих в комнате. Чем больше бас-ловушек вы добавляете, тем больше избыточных отражений поглощаются, что, в свою очередь, ещё больше снижает уровень помех. Таким образом, АЧХ вашей комнаты становится более равномерной. 

3.2.1 Почему именно в углах? 

Как правило, именно в угловых областях комнаты (в том числе и в углах стена/потолок) звуковое давление на НЧ имеет максимальные значения, поэтому размещение бас-ловушек в углах является хорошим решением – просто, устанавливая бас-ловушки в местах «скопления баса», мы, тем самым, увеличиваем эффективность работы каждой ловушки. 

Помните, что прямоугольная комната имеет 12 углов, из них по 4 угла: стена/стена, стена/потолок и стена/пол. Причём, с точки зрения акустики все они равнозначны, поскольку НЧ звуковые волны не распознают направлений. 

Бас, как правило, равномерно распределён по всем углам комнаты. Если ваша комната несимметрична, имеется в виду непрямоугольная или, если какие-либо её углы отличаются от 90 градусов, то, вероятно, будут и другие места в комнате, в которых будет полезным разместить бас-ловушки. В таких случаях, часто бывает полезно провести простой тест с прослушиванием, чтобы найти области с высокими значениями звукового давления на НЧ в комнате. Любое место в комнате с высокими значениями звукового давления на басовых частотах является удачным для размещения бас-ловушки, если позволяют условия. 

Эффективная стратегия бас поглощения заключается в простом размещении действительно низкочастотных звукопоглотителей в комнате – одно это уже больше, чем полдела. Однако эффективное размещение бас-ловушек позволяет максимально повысить их эффективность. Чем меньше бас-ловушек в комнате, тем более важным становится вопрос их размещения. В типичной прямоугольной комнате, я размещаю бас-ловушки в следующих местах, в порядке важности: 

- фронтальные углы позади АС;

- тыловые углы позади слушателя;

- углы фронтальная стена/потолок и/или фронтальная стена/пол;

- углы тыловая стена/потолок и/или тыловая стена/пол;

- углы боковая стена/потолок и/или боковая стена/пол, как правило, начиная с передней части комнаты, зоны АС и продвигаясь оттуда в сторону тыловой стены. 

3.2.2 Может у вас слишком много бас-ловушек? 

Ответ на этот вопрос зависит от того, что подразумевается под понятием «бас-ловушка». Чисто с точки зрения поглощения низких частотв маленькой комнате вы не можете иметь слишком много бас-ловушек. Чем больше НЧ поглотителей вы используете, тем более плоскую АЧХ вы получите.  

Тем не менее, это очень легко может повлечь за собой чрезмерное поглощение высоких частот, в результате получим  акустически «мёртвую» комнату. К сожалению, эта ошибка встречается слишком часто в комнатах прослушивания. 

Типичный пример этой ошибки – размещение пористых абсорберов с минимальным бас поглощением ниже 200 Гц. на всех стенах и потолке. Это приводит к очень неприятному звучанию в комнате, которая полностью «мертва» на высоких частотах, но все еще имеет большую гулкость и неравномерность АЧХ на НЧ, характерную для большинства комнат. Я всегда чувствую себя плохо, когда нахожусь в комнате «обработанной» таким образом. «Мёртвый», гулкий зал звучит очень неестественно и неприятно.  

Многие распространенные самодельные, так называемые, бас-ловушки, на самом деле оказываются обычными широкополосными поглотителями, изготовленными из жестких стекловолоконных/минераловатных панелей  или, возможно, акустического хлопка толщиной 10-15 см. Эти девайсы эффективно поглощают во всём спектре частот, но ВЧ и СЧ они, как правило, поглощают гораздо активнее, чем НЧ. В результате, размещение таких поглотителей во всех углах комнаты часто приводит к чрезмерному поглощению высоких частот, особенно при использовании большого количества ловушек с целью адекватного бас контроля. Решение этой проблемы заключается в том, как получить достаточное бас поглощение без того, что делает комнату слишком «мёртвой» на высоких частотах - это использование бас-ловушек, которые эффективно поглощают НЧ и в значительно меньшей степени поглощают высокие частоты. Это требует некоторой изобретательности. 

В RealTraps мы провели множество экспериментов конкретно по этой проблеме и нашли очень элегантное решение, которое является одной из причин того, почему наши бас-ловушки так удачно исполнены. После тестирования различных материалов различной толщины, которые показали именно те результаты, на которые мы рассчитывали, в конструкцию наших бас-ловушек была добавлена дополнительная, отражающая ВЧ, мембрана с низкой поверхностной плотностью. Теперь все RealTraps бас-ловушки содержат эту мембрану.  

3.3 Тыловая стена 

Последней областью в аспекте акустической обработки с целью улучшения низкочастотной характеристики в обычной прямоугольной комнате является тыловая стена за местом слушателя.  АС активно излучают в сторону тыловой стены. В общем случае, в области тыловой стены (особенно в простой прямоугольной комнате) возникает 2 акустические проблемы: первая – интенсивные ВЧ/СЧ отражения в сторону точки прослушивания и, вторая – в непосредственной близости от тыловой стены имеет место область высокого звукового давления на НЧ. Часто, пик на басовых частотах у тыловой стены коррелирует с провалом в центре комнаты.  

Одним из способов оценить усиление баса в непосредственной близости от стены является проведение следующего теста. При воспроизведении тяжелой музыки или тестового сигнала, слушайте бас позади точки прослушивания, постепенно отодвигаясь назад, вплоть до тыловой стены. В непосредственной близости от тыловой стены вы услышите неестественно мощный бас. Как только вы начнете двигаться вперед, бас постепенно будет становиться менее интенсивным (но более чётким и точным), пока вы не доберетесь до центра комнаты, где бас будет неестественно слабым, вплоть до ощущения его полного исчезновения.  

По мере дальнейшего продвижения в направлении фронтальной стены бас снова будет постепенно нарастать, вплоть до максимальной интенсивности в непосредственной близости к фронтальной стене и плоскости АС. Согласно описанию в разделе 3.1.1, выше, шанс услышать наиболее точный бас будет иметь место в точке, удалённой примерно на 38% от общей длины комнаты, от тыловой или фронтальной стены.  

Если в вашей комнате имеет место аналогичная ситуация, то акустическая обработка тыловой стены будет иметь колоссальный эффект в плане формирования звучания. И это легко проверить. До НЧ акустической обработки тыловой стены, слушатель, сидящий в центральной области комнаты, как правило, ощущает явный «недостаток баса», в то время как, по мере приближения точки прослушивания к поверхности тыловой стены, он слышит такое же постепенное нарастание мощности баса. При размещении же достаточного количества бас-ловушек на тыловой стене, бас-ответ в обоих положениях несколько выравнивается, то есть, бас со стороны спины будет не таким неестественно громким, а в центральной области комнаты он будет не таким неестественно слабым. Двойной выигрыш! 

Однако не стоит забывать о высокочастотных отражениях от тыловой стены! Эти отражения могут быть ослаблены двумя способами: поглощением или диффузией. Оба варианта являются эффективными, хотя общий характер звучания, несомненно, будет несколько отличаться, также в обоих случаях будет разный бюджет.  

Использование звукопоглотителей для акустической обработки тыловой стены практически всегда экономически более выгодно, чем использование дорогостоящих акустических диффузоров. Однозначно хорошим решением является использование широкополосных поглотителей, которые достаточно эффективно поглощают, как более низкие, так и более высокие частоты. Из линейки продуктов RealTraps это наши «HF style' bass traps» с высокочастотным поглощением, которые построены без дополнительной пластиковой мембраны под фронтальным декором абсорбера. 

Диффузия, если она параллельно сопровождается бас поглощением, также очень эффективна. Многие предпочитают звучание с диффузией на тыловой стене поглощению, поскольку диффузия не удаляет «лишнюю» акустическую энергию из комнаты, а равномерно рассеивает её во всех направлениях, тем самым, исключая возможность возникновения эффекта «гребенчатой фильтрации» за счёт отраженного звука. Довольно трудно описать характер звучания с использованием диффузии аудиофильским сленгом – это действительно нужно услышать самому. Лучшее описание, которое я слышал, это то, что диффузия добавляет к звучанию ощущение окружающего объёма. Более подробная информация о диффузии в разделе 5.2 ниже.  

В результате применения этих стратегий на практике, в комнате будет гораздо более последовательный низкочастотный ответ и, возможно, самый большой барьер к хорошему звуку в небольшой комнате будет в значительной степени преодолён.  

ОКОНЧАНИЕ В ОТДЕЛЬНОЙ СТАТЬЕ В РАЗДЕЛЕ: Статьи по теме "Акустика помещения".